交会对接组合体热管理研究

组合体热管理是实现目标飞行器和载人飞船交会对接组合体载人热环境控制的重要手段。文章提出了以舱段间通风为技术途径的交会对接组合体热管理方案。在组合体热特性分析和热平衡试验基础上,获得了组合体热管理系统分析模型。分析结果表明,组合体密封舱空气温度在19～26℃范围内可调,验证了交会对接组合体热管理设计的正确性。最后,对空间站等复杂组合体热管理设计提出了建议。

载人航天器密封舱内流动换热数值模拟研究

航天器密封舱主要以通风换热的方式排出舱内人员及设备的散热,从而控制舱内的温度水平。计算机数值模拟是研究舱内通风换热问题的有效方法。文章利用数值模拟软件I-DEAS,针对设定载人航天器,对其在轨状态下密封舱内复杂的流动换热进行稳态数值模拟,研究系统能量的流动和分配,评价通风设计方案的合理性。

单相流体回路控温算法建模与仿真分析

针对我国新的载人航天器在控制密封舱空气温湿度同时,要精确控制流体回路上电池等大热耗设备温度的需求,文章给出了航天器单相流体回路的PID控制、模糊增量控制和专家控制算法,解决了控温点前存在大热容和大热耗设备的流体回路控温问题。新的单相流体回路控温算法的提出和应用,可以有效简化流体回路复杂程度,减少10%的热控质量和功耗。

一种航天器热平衡试验温度稳定判据确定方法

针对典型航天器热控设计与传热过程特点,建立了设备与舱体动态耦合换热集总参数模型。提出了一种基于热时间常数的航天器热平衡试验温度稳定判据确定方法,给出了双节点耦合换热型航天器系统的热时间常数定义,建立了热平衡温差与温度变化率的对应关系。提出了基于Levenberg-Marquardt最小二乘法温度曲线拟合的热时间常数实时修正方法,该实时修正方法可用于多节点耦合换热航天器热平衡温度稳定判据确定。讨论了目前广泛采用的航天器热平衡试验温度稳定判据的适用性,研究结果可用于指导航天器热平衡试验中温度稳定判据确定。

单相流体回路地面试验研究

为了对流体回路系统设计参数确定提供指导,通过地面试验方法,研究了低温和外界环境变化时单相流体回路的阻力特性、工质补偿、控温算法等。介绍了地面试验系统的组成、试验方法和相关试验结果,并重点对外界环境突变时的控温结果、控温目标点与控温装置作用点分离时的控温震荡以及低温下补偿器的补偿能力测试结果进行了分析。试验结果表明,在外界环境剧烈变化时会出现温度过冲,过冲可达到10 oC;此外,由于控温点和控温装置作用点的分离引起的相位差,会导致系统控温失败。这些结果对载人航天器流体回路的泵、换热器设计以及工作状态分析具有一定的参考作用。

气闸舱泄复压热力过程研究

为满足航天员出舱活动的需要,出舱活动飞船气闸舱在满足载人飞船密封舱一般要求外,还需经历泄压和复压两个热力过程。伴随气闸舱的泄复压过程,舱内空气因泄压而发生热力膨胀降温现象,因复压而出现热力压缩升温现象;复压用气瓶在气闸舱复压过程中压力急剧降低也出现降温现象,其降温程度将影响气闸舱复压后舱内温度水平。运用热力学方法对气闸舱泄复压热力过程进行分析,并通过地面和在轨飞行试验验证了分析的正确性,本文工作将为后续载人航天器气闸舱的热控设计提供参考。

载人飞船密封舱热舒适性评价

结合在轨飞行数据,采用PMV-PPD模型对载人飞船密封舱热舒适性进行了评估,基于在轨飞行数据计算了载人飞船PMV值,分析了密封舱空气温度、湿度以及舱内壁温度对热舒适性的影响。同时针对目前载人飞船实际情况,提出了通过提高舱壁辐射温度改善密封舱热舒适性的方法,可为后续的载人航天器特别是载人飞船密封舱在热控设计中提高热舒适性提供参考。

交会对接目标飞行器控制力矩陀螺的传热特性

对交会对接目标飞行器控制力矩陀螺的热特性进行了分析,建立了控制力矩陀螺的热分析模型,并结合其热平衡试验结果对热模型进行了修正,结果表明,模型计算温度与热平衡试验温度吻合较好。文章利用修正后的热数学模型,对控制力矩陀螺在轨运行时在不同热边界条件下的温度场分布进行了求解,并得出了陀螺辐射传热与导热传热的比例关系,以及辐射传热是其主要散热途径的结论。

单相流体回路安全性设计

结合国内外单相流体回路设计的一些经验和方法,从单相流体回路系统安全性设计的角度,重点介绍利用回热换热器进行流体回路工质防冻的原理、采用真空脱气技术在工质加注前进行工质处理的方法、利用膨胀节等部件进行系统压力控制的方法以及流体回路防静电设计方法,并给出了设计实例。对提高深空探测器、空间站等长寿命、复杂工况下流体回路系统的设计安全性和可靠性具有一定的参考价值。

电子设备射流送风冷却特性试验研究

射流送风是载人航天器密封舱内电子设备冷却的一种有效方式,具有简单可靠、系统质量轻、换热系数大等优点。文章对中国载人航天器密封舱内2台大功耗电子设备射流送风冷却特性进行了试验研究,分析了射流风量、送风孔数、表面状态对设备平衡温度的影响。利用不超过0.4m3/min的风量,可将热流密度为315.8W/m2的设备温度控制在50℃以下,验证了采用射流送风解决大功耗电子设备散热的可行性。在满足电子设备工作温度要求的前提下,可通过增加射流送风孔数来有效降低射流送风系统阻力。采用电子设备黑色阳极氧化等提高表面发射率的措施,能够显著降低电子设备工作温度。

热控涂层搭载飞行试验进展综述

文章对国内外航天器热控涂层在轨搭载飞行试验进行了调研,综述了利用和平号空间站、"国际空间站"、美国航天飞机、"长期暴露装置"等航天器进行的相关试验工作及主要的研究成果等。在此基础上提出了我国开展热控涂层搭载飞行试验的建议。

湍流脉动对自由火焰温度场反演的影响

发射-透射方法是火焰温度测量的一种重要方法。相对于湍流脉动的时间尺度而言,火焰红外光谱测量中探测器的时间分辨率一般较低。本文用迭代法分析了轴对称自由火焰温度的发射-透射测量中湍流脉动对温度场反演的影响。用简化的概率密度函数模拟温度和吸收系数的脉动。分析结果表明,在湍流脉动微弱的情况下,湍流脉动对时均温度场的反演影响很小,但在强湍流脉动的情况下湍流脉动对时均温度场的反演有很大影响。

目标飞行器舱内流场设计验证与评价

目标飞行器密封舱内流场设计是实现舱内温湿度控制、污染物扩散的基本途径,是保证长期在轨驻留航天员热舒适性的重要手段。文章分析确定了目标飞行器流场设计地面验证的等温化试验准则,通过保证流场温差不大于1℃,降低地面自然对流的影响,使微重力环境下工作的流场设计在地面环境得到有效验证。结果表明,航天员活动区88.3%区域风速在0.08～0.5 m/s之间,睡眠区风速均在0.08～0.2 m/s之间,均满足指标要求。目标飞行器流场最佳风速范围(0.076～0.203 m/s)所占比例为82.8%,优于国际空间站各舱段最佳风速范围所占比例。

非轴对称层流自由火焰温度场的辐射反演

将CT技术中的ART(代数重建)算法应用于火焰的反演,提出了一种基于发射-透射辐射测量的反演非对称层流自由火焰温度场的新方法。模拟算例表明:即使存在辐射量的测量误差,用ART算法反演非轴对称火焰的温度场亦可得到较为精确的结果。

一种模拟整星热环境的小型单机热平衡试验

文章通过对一个典型的单机热分析和热试验的研究,提出了一种小型单机热平衡试验方法,模拟单机在整星环境下的热平衡试验,以避免只为验证其热设计而再次补做整星热平衡试验。为准确模拟单机在星内的辐射和导热过程,通过灰体间辐射热网络法和仪器安装板处单元体热平衡法,给出了等效辐射特征点和等效导热特征点的确定方法;并结合试验结果,对模型修正的合理性、局限性进行了分析,提出了在实际应用过程中应注意的问题。

出舱活动对气闸舱内设备温度控制的影响研究

为满足航天员出舱活动的需要,载人飞船气闸舱热控设计除采取载人飞船密封舱一般热控措施外,还需考虑出舱活动期间真空条件下舱内设备的温度控制要求。在出舱活动期间,气闸舱内设备的热量排散途径将发生变化,只有辐射和传导两种传热形式,同时出舱舱门打开会导致气闸舱漏热增加,由此引起舱内设备温度控制变化。通过热分析建模和地面试验,出舱活动期间气闸舱内设备温度的地面热试验数据在空间飞行任务中得到验证。

航天器遭遇M/OD撞击失效模式初步研究

通过空间碎片撞击事例,简要阐述了撞击损伤的失效等级,重点总结了国外关于航天器重要部件/分系统的失效模式研究成果,并对我国载人飞船主要分系统遭空间碎片撞击后可能出现的故障模式和危害等级作了初步分析。

利用载人航天器进行热控涂层舱外搭载试验研究

为了解空间环境对热控涂层性能的影响,文章设计了舱外热控涂层搭载试验方案,包括试验件配置、在轨试验和回收方法。试验件在轨试验期间安放在载人航天器密封舱前舱门外,暴露于空间环境中;在实现对接、建立组合体后,航天员不需太空行走即可实施对搭载试验件的回收及再次安装等操作。该方案若成功应用并回收试验件至地面,我国将首次获得热控涂层空间飞行试验数据。

载人航天器泄复压地面模拟试验方法

为获得泄复压时间曲线,验证载人航天器泄复压系统功能,须进行泄复压地面模拟试验。文章介绍了应用于载人航天器的泄复压试验方法,通过理论计算和试验结果对比,表明了试验方法的正确性和有效性,可为载人航天器后续型号整舱泄复压地面试验提供参考。

S781涂层分区喷涂色差分析与试验

为满足载人飞船返回舱的温度要求,需要在返回舱外壁喷涂S781热控涂层。若采用分区喷涂的方式,在搭接区域会出现色差。本文对S781热控涂层搭接色差进行了特性分析,并进行了不同温度、间隔时间和基材的验证试验。结果表明:色差是由于分区喷涂间隔时间大于涂层的表干时间引起的。分区间隔时间为1 min时没有色差,间隔时间越长,色差越明显;温度较高时,表干时间变短,色差更明显,且会出现大颗粒现象。将喷涂温度控制在20℃左右,分区间隔时间小于2 min,可以有效的减弱或控制色差。提出了一种返回舱热控涂层喷涂改进方法,可以有效的减弱色差。